video 4'37 : https://youtu.be/6Ojagf3S0Qo?si=NzVWXltzGOIvlsUI
1,2/
La formation de l'atmosphère
L’atmosphère primitive ne contenait pas d’O2.
Aujourd’hui, on peut y mesurer 21%. Il existe donc une évolution
du taux d’O2 au cours de l’histoire de notre planète
et on peut retrouver, au sein des roches sédimentaires, les indices
de cette évolution. On trouve, dans la région de Johannesburg, des
formations particulières où il y a alternance entre des niveaux
riches en silice et des niveaux riches en fer (Fe2O3)
sous sa forme oxydée soit Fe3+. On nomme ces formations
les BIF (Banded Iron Formations : formations de fer rubanées). Pour
que les BIF puissent voir le jour, il faut que le fer puisse arriver
jusqu’à l’océan. Or, s’il est oxydé dans les cours d’eau
continentaux, il précipite et ne peut atteindre la mer. Le fer doit
donc arriver en mer sous sa forme réduite, Fe2+, ce qui
induit un milieu sans O2. En revanche, sa précipitation
océanique implique un milieu oxydant, donc oxygéné. Cette
oxygénation est discontinue et disparate, d’où la répartition
parsemée des BIF. Cette répartition parsemée est liée à
l’existence de zones où se développent des structures
bioconstruites appelées « Stromatolites » qui produisent de
l’oxygène. Le début de l’histoire de la Terre est marqué par
des conditions réductrices aussi bien dans les océans qu’au
niveau de l’atmosphère. Cependant, malgré cet environnement
globalement réducteur, il existait des milieux océaniques confinés
riches en oxygène, donc oxydants. L’activité photosynthétique de
faible ampleur réalisée par les cyanobactéries engendre un premier
temps de dégagement d’O2 discontinu à l’origine des
précipitations d’oxyde de fer ou BIF. Les témoins de cette
activité photosynthétique sont des bioconstructions calcaires,
appelées stromatolites. Du grec στρώμα (strôma, tapis) et
λίθος (lithos, pierre). Les stromatolites sont toujours présents
et actifs aujourd’hui. Les stromatolites sont des concrétions
calcaires d’origine biologique dues à l’activité de
cyanobactéries. Ces micro-organismes recouvrent le support et
forment un voile gluant. Leur activité photosynthétique induit la
précipitation des carbonates qui sont piégés dans ce voile et
forment un encroûtement. La superposition des lamines constitue la
structure du stromatolite. L’oxygène produit par les
cyanobactéries et libéré dans l’océan va donc pouvoir interagir
avec les autres éléments dissous en les oxydant. Une fois que tous
les éléments oxydables présents dans les océans ont été oxydés,
l’O2 peut s’accumuler sous forme dissoute dans le
milieu marin. Puis l’équilibre chimique des éléments entre les
enveloppes fluides de la Terre induit une diffusion, donc un
dégagement d’O2 dans l’atmosphère. Ainsi,
l’atmosphère jusqu’ici réductrice commence à s’oxyder. Il
existe deux types de gisements : les fers rubanés, qui représentent
90% des réserves mondiales, et les couches rouges continentales,
dont le fer provient de l'altération des roches des continents, il
est à l'état d'oxydes et donc de Fe3+. Ils se sont
formés au contact d'une atmosphère contenant de l'oxygène. Leur
apparition puis leur développement entre 2 Ga et 1,5 Ga est la
preuve de la mise en place d'une atmosphère de plus en plus riche en
oxygène. On trouve, à partir de 2,2 Ga, des formations continues et
de grandes épaisseurs d’oxydes de fer en milieu continental un peu
partout dans le monde que l’on nomme « redbeds ». Ces sédiments
avoisinent au total 1016 tonnes, soit 80 % des réserves mondiales.
Au niveau mondial, on trouve principalement les BIF entre 3,8 et 2
milliards d’années avec un paroxysme au passage
Archéen-Protérozoïque. Durant les 200 millions d’années
suivants, on trouve quelques formations rubanées, puis elles
disparaissent. Tout le fer soluble dans l’océan a donc été
oxydé.
Manuel p.30
Analyser des
données , en lien avec l’évolution de la composition de
l’atmosphère au cours des temps géologiques.
Il
y a environ 4,6 milliards d’années, l’atmosphère primitive
était composée de N2,
CO2
et H2O.
Sa composition actuelle est d’environ 78 % de N2
et 21 % de O2,
avec des traces d’autres gaz (dont H2O,
CO2,
CH4,
N2O).
Manuel doc.3 p.31
Déterminer
l’état physique de l’eau pour une température et une pression
donnée à partir de son diagramme d’état.
Le
refroidissement de la surface de la Terre primitive a conduit à la
liquéfaction de la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère
initiale. L’hydrosphère s’est formée, dans laquelle s’est
développée la vie.
Manuel p.32-33-34
Mettre en relation
la production de O2 dans l’atmosphère avec des indices
géologiques (oxydes de fer rubanés, stromatolithes ...).
Ajuster les
équations des réactions chimiques d’oxydation du fer par le
dioxygène.
Les
premières traces de vie sont datées d’au moins 3,5 milliards
d’années. Par leur métabolisme photosynthétique, des
cyanobactéries ont produit le dioxygène qui a oxydé, dans
l’océan, des espèces chimiques réduites. Le dioxygène s’est
accumulé à partir de 2,4 milliards d’années dans
l’atmosphère. Sa concentration atmosphérique actuelle a été
atteinte il y a 500 millions d’années environ. Les sources et
puits de dioxygène atmosphérique sont aujourd’hui essentiellement
liés aux êtres vivants (photosynthèse et respiration) et aux
combustions.
